基于机器视觉的虚拟雕刻刀具跟踪及扫掠体建模研究

摘要

随着计算机技术的快速发展，虚拟雕刻技术在实际生产中的应用越来越广泛，在艺术设计、工业设计、数控加工仿真等各种领域都发挥着非常重要的作用。基于机器视觉的虚拟雕刻技术由于简便、精确、通用性强等特点必然有着广泛的发展空间。本文主要研究虚拟雕刻系统的摄像机标定、目标识别、目标跟踪、目标三维重建、刀具扫掠体建模等5个方面，并利用面向对象的可视化开发工具VC++6.0再结合软件开发包OpenCV和OpenGL进行虚拟雕刻系统的开发实现。主要研究内容如下：
　　在摄像机标定方面，首先根据双目立体视觉系统的成像原理搭建了双目立体视觉系统的试验平台，然后分析了摄像机的标定原理和常用的摄像机标定方法，最后选取了基于2D平面靶标的摄像机标定方法完成了两台摄像机内外参数的标定。
　　在目标识别方面，研究了常用的目标识别方法，最终使用帧间差分与背景差分相结合的方法实现目标物体的识别。
　　在目标跟踪方面，研究了目标物体跟踪的常用方法，提出了一种基于Kalman滤波的混合跟踪算法。首先利用Kalman滤波方法进行目标点预测，然后动态确定搜索区域，最后在搜索区域中对目标点进行精确定位。
　　在目标三维重建方面，利用双目立体视觉中的极线几何约束，在对应点匹配时将搜索范围从二维平面缩小到一维直线；然后在此基础上，再使用SSDA算法实现目标点的匹配，最后利用最小二乘法获得目标点的近似解。
　　在刀具扫掠体建模研究方面，详细地探讨了刀具扫掠体的完整建模过程，即首先对雕刻刀具进行抽象简化，然后对扫掠路径进行拟合，最后在包络理论的基础上通过求解不同时间下的扫掠轮廓曲线来实现刀具扫掠体的构建。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1引言

1.2研究现状

1.3 研究意义和主要内容

1.4 章节安排

第二章 双目视觉系统摄像机标定

2.1 双目立体视觉系统

2.2摄像机标定原理

2.3常用标定方法

2.4标定算法实现与标定结果

2.5本章小结

第三章 目标识别与跟踪

3.1 目标识别

3.2 特征点提取

3.3 目标点跟踪

3.4 本章小结

第四章 目标三维重建

4.1 目标点匹配

4.2 目标点三维重建

4.3 本章小结

第五章 刀具扫掠体建模研究

5.1 扫掠理论概述

5.2 扫掠体模型构建

5.3 本章小结

第六章 系统设计实现

6.1 软件开发包

6.2 系统模块设计

6.3 试验结果

6.4 系统界面

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 论文总结

7.2 后续展望

参考文献

致谢

在学期间研究成果及发表的学术论文